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Verfahren zur Trennung von in Lösungen suspendierten oder gelösten
Gemischen Es ist bekannt, in Flüssigkeiten in beliebiger Form vorhandene, insbesondere
snspendierte oder gelöste Gemische irgendwelcher Stoffe durch Elektroosmose zu trennen.
Bei diesem bekannten Verfahren soll während der elektroosmotischen Behandlung in
der zu behandelnden Flüssilgkeit eine bestimmte Ionenart bzw. Ionenkonzentration
aufrechterhalten werden, sei es, um den Ävanderungssinn der zu trennenden Substanzen
oder die Wanderungsgeschwindigkeit im günstigsten Sinne zu beeinflussen, sei es,
um chemische und physikalische Veränderungen der gelegentlich sehr empfindlichen
Substanzen zu verhindern. Außerdem ist es auch bekannt, daß sich in dem Mittelraum
eines Dreizellenapparates, in den die zu behandelnde Flüssigkeit eingebracht wird,
nach mehr oder weniger langer Zeit eine ganz bestimmte saure, alkalische oder neutrale
Reaktion, d. h. also eine bestimmte Wasserstoffionenkonzentration, einstellt.
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Die an erster Stelle genannte Vorschrift des bekannten Verfahrens
besagt somit, daß man dafür Sorge tragen muß, insbesondere durch Zusatz oder Entfernung
von Elektrolyten, daß während der elektroosmotischen Behandlung in der Flüssigkeit
stets eine solche Wasserstoffionenkonzentration oder EXonzentration an anderen Ionen
aufrechterhalten wird, daß keine Schädigung des zu behandelnden Stoffes eintritt.
Es soll also, z. B. wenn eine Zuckerlösung behandelt werden soll, vermieden werden,
daß eine solche Wasserstoffionen, konzentration erreicht wird, bei welcher eine
Inversion des Zuckers stattfindet oder, um ein weiteres Beispiel zu nennen, für
Malzdiastase das Erreichen eines bestimmten Intervalles im sauren Gebiet vermieden
wird, bei welchem eine starke Schädigung der Fermentwirkung dieses Stoffes eintreten
würde.
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Wesentlich ist nun, daß bei diesem bekannten Verfahren die Innehaltung
g der bestimmten Ionenikonzentration durchaus nicht notwendigerweise eine besonders
günstige Trennung der Gemische bedingt. Vielmehr kann sich bei dem bekannten Verfahren
höchstens einmal zufällig unter Beachtung der angegebenen Bedingungen zugleich eine
verhältmsmäßig günstige Ausbeute ergeben.
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Die Erfindung bezweckt, solche elektroosmotische Verfahren in allen
Fällen so zu leiten, daß sich bei ihnen eine bestmögliche Ausbeute ergibt. Zahlreiche
Versuche haben gezeigt, daß es für jeden Stoff eine und nur eine bestimmte Wasserstoffionenkonzentration
gibt, bei welcher er aus Gemischen mit
anderen Stoffen auf elektroosmotischem
Wege praktisch vollständig gewinnbar ist. Nach vorliegender Erfindung wird daher
die Flüssigkeit, in welcher das zu behandelnde Gemisch in beliebiger Art, z. B.
in dissoziierter oder nichtdissoziierter Form oder als Kolloid vorhanden ist, zunächst
so lange einer Vorbehandlung unterworfen, bis eine für die jeweilige Substanzart
charakteristische, vorher experimentell ermittelte, das Optimum der Trennfähigkeit
ergebende Wasserstoffionenkonzentration erreicht ist, und daß erst darauf in dem
Diaphragmenapparat die elektroosmotische Trennung in an sich bekannter Weise durchgeführt
wird.
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Die Vorbehandlung zur Herstellung der erwünschten optimalen Wasserstoffionenkonzentration
kann dabei zweckmäßig mit Hilfe einer elektroosmotischen Apparatur vorgenommen werden.
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Die günstigste Wasserstoffionenkonzentration für die Abscheidung
bzw. Reindarstellung von Pseudoglobulin liegt bei etwa 6,4, diejenige für Albumin
+ Globulin bei etwa 5,7 und diejenige von Albumin rein bei etwa 5,3; für Leim ist
4,7 und für Gelatine 4,8 die günstigste Wasserstoffionenkonzentration im Sinne der
Erfindung.
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Man kann bei der Anwendung der Erflndung zur Trennung von Eiweißkörpern,
insbesondere zur Herstellung von Heißeren, zweckmäßig so verfahren, daß man zunächst
die störenden Albuminfe durch chemische Mittel, insbesondere Halbsättigung mit Ammonsulfat
usw., in an sich bekannterWeise entfernt. Das dabei gewonnene Gemisch von Euglobulin
und Pseudoglobulin kann dann elektroosmotisch gemäß der Erfindung dadurch quantitativ
getrennt werden, daß die für Pseudoglobulin charakteristische Wasserstoffionenkonzentration
von etwa 6,4 durch Zusatz oder Entfernung von Elektrolyten während des elektroosmotischen
Prozesses erreicht und aufrechterhalten wird. Bei dieser Wasserstoffionenkonzentration
falten die Euglobuline restlos aus und können infolgedessen leicht elektroosmotisch
von den in Lösung befindlichen P seudoglobulinen getrennt werden.
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An Hand eines Beispieles sei der Unterschied des neuen Verfahrens
in der Anwendung auf Heilseren gegenüber dem bekannten Verfahren dargelegt.
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Bei einem Serum, welches die Wasserstoffionenkonzentration 7, o2
hatte, zeigt die elektroosmotische Behandlung nach dem bekannten Verfahren zunächst
ein langsames Ansteigen der Wasserstoffionenkonzentration auf etwa 8,3 und darauf
ein schnelles Abfallen auf etwa 4,5. Dieser Wert bleibt lange Zeit beibehalten.
Die Ausbeute bei diesem bekannten Verfahren ist nur verhältmsmäßig gering, da die
empfindlidien Stoffe des Serums in der stark sauren Flüssigkeit leiden.
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Bei der Anwendung der Erfindung für die Reindarstellung des Pseudoglobulins
dieses Serums wurde zunächst die günstigste Wasserstoffionenkonzentration bei etwa
6,3 gefunden. Um nun das Serum gemäß dem neuen Verfahren mit bestmöglicher Ausbeute
rein darzustellen, wurde in einer elektroosmotischen Apparatur schon bei Beginn
der Behandlung durch Zusatz geeigneter Elektrolyte der Wert 6,3 für die Wasserstoffionenkonzentration
möglichst schnell erreicht und beibehalten. Im Anschluß daran wurde sogleich die
Trennung des Serums in der gleichen Apparatur durchgeführt; sie ergab ein absolut
reines Serum-Pseudoglobulin und eine erheblich höhere Ausbeute.
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Durch die Anwendung des neuen Verfahrens kann man z. B. in einem
Wasser beliebiger Herkunft vorhandene Salze oder kolloidal gelöste Stoffe, wie z.
B. Eisenhydroxyd oder organische Substanzen usw., vollkommen aus dem Wasser entfernen.
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Die wäßrigen Suspensionen werden zu diesem Zweck zwischen Diaphragmen
so lange elektroosmotisch behandelt, bis die für das Optimum der Trennfähigkeit
einer solchen Suspension erforderliche günstige Wasserstoffionenkonzentration erreicht
ist. Die Trennung oder Niederschlagung der Suspension selbst kann dann nach einem
der bekannten Verfahren durchgeführt werden.
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Die Erzeugung dieser Wasserstoffionenkonzentration kann gefördert
werden durch Arbeiten bei bestimmten Temperaturen, beispielsweise in der Hitze,
weil die verschiedenen Ionenkonzentrationen, die die gewünschte Wasserstoffionenkonzentration
herbeiführen, auch durch die Temperatur beeinflußbar sind.
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Wesentlich bleibt jedenfalls immer die Einhaltung der Wasserstoffionenkonzentration
der Suspension in den fiir die in Behandlung befindlichen Stoffarten charakteristischen
Grenzen.
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Dabei wurde gefunden, daß es zunächst ganz gleichgültig ist, auf
welchem Wege man die Wasserstoftionenkonzentration, bei der das Optimum der Trennfähigkeit
erreicht wird, herstellt, und daß es ferner gleichgültig ist, bei welchen Arten
von Bestandteilen und in welchem Zustande derselben die Trennung vorgenommen wird.
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Die Auswahl der Diaphragmen hat bei dem neuen Verfahren nur eine
untergeordnete Bedeutung.
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Ein weiteres Beispiel ist die Gerbung von
tierischen
Häuten mit organischen oder anorganischen Gerbstoffen.
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Ein anderes Beispiel für das neue Verfahren ist die Reinigung von
Zuckersäften und Glycerinlaugen. Beim Eindampfen der unreinen Zuckersäfte konzentrieren
sich nicht allein Zucker, sondern sämtliche Verunreinigungen, wie Salze, Eiweißkörper,
Farbstoffe.
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Wohl entfernt man während des Prozesses einen Teil dieser Verunreinigungen
durch Saturierung; es bleiben aber immer noch so viel verunreinigende Beimengungen
übrig, daß aus den Endlagen bisher nicht chemisch reiner Zucker in praktischer Ausbeute
gewonnen werden konnte, sondern das sogenannte Zweitprodukt und Melasse. Auch für
diesen Spezialfall wurde gefunden, daß man eine Trennung von Zucker und den vorhandenen
Verunreinigungen, die besonders störend auf das Endprodukt einwirken, wie kolloidale
Eiweißkörper oder deren Aibbauprodukte, Farbstoffe usw., dadurch herbeiführen kann,
daß man in der Zuckerlösung eine Wasserstoffionenkonzentration herstellt, die ungefähr
bei 6,85 liegt und bei der eine vollständige Abwanderung bzw. Ausflockung der Verunreinigungen,
wie Eiweißkörper, Farbstoffe usw., eintritt. Man wird also so vorgehen, daß man
zwischen Diaphragmen die Zuckerlösung mit elektrischem Gleichstrom behandelt, und
zwar so lange, bis die charakteristische Wasserstoffionenkonzentration erreicht
ist. Ist sie erreicht, so wandern die noch vorhandenen Verunreinigungen ab oder
flocken aus, und es bleibt eine praktisch vollkommen chemisch reine Zuckerlösung
zurück. Man braucht diese Abwanderung bzw. Ausflockung, die immerhin einige Zeit
braucht, an sich nicht abzuwarten, sondern kann auch so verfahren, daß man die so
hergestellten Lösungen sofort mit reinigenden Substanzen, die im allgemeinen in
der Zuckerindustrie angewandt werden, wie Tierkohle oder anderen Adsorptionsmitteln,
behandelt und auf diese Weise die Verunreinigungen entfernt. Es ist jedoch praktisch
unmöglich, zu so weitgehenden Reinheiten von Zuckerlösungen zu kommen, wenn man
unmittelbar mit dem Adsorptionsmittel arbeiten würde, ohne die charakteristische
Wasserstoffionenkonzentration erreicht zu haben.
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Bei der Reinigung von Glycerinlaugen wählt man eine Wasserstoffionenkonzentration
von PH 7 Ein anderes Anwendungsgebiet der Erfindung bildet die Gewinnung von Kautschuk
aus Latex. In diesem Falle handelt es sich weniger um die Entfernung von Verunreinizungen
als vielmehr um die Abscheidung des Kautschuks aus dem Latex. Die Abscheidung des
Kautschuks aus dem Latex geschieht praktisch vielfach entweder durch Hinzufügen
von Säuren oder durch Einwirkung von organischen Substanzen auf Latex in dünnen
Schichten (Rauch usw.). Zur Abscheidung von Kautschuk aus Latex wird in bekannter
Weise die Einwirkung des elektrischen Gleichstromes benutzt, welche das Kolloid-Kautschuk
zum Wandern bringt, ganz ähnlich, wie etwa die Entwässerung von Kaolin-oder Tonsuspensionen
durch diese Eigenschaft des elektrischen Stromes bei Kolloiden durchgeführt wird.
Diese Wanderung des Kautschuks vollzieht sich am vollkommensten nur bei einer bestimmten
charakteristischen Wasserstoffionenkonzentration von pH Io,6.
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Das Verfahren ist auch anwendbar bei der Reinigung von anderen Lösungen
von chemischen Substanzen, die rein hergestellt werden sollen und deren Rohprodukte
durch Eiweißkörper, deren Spaltprodukte, Salze, Säuren anorganischer oder organischer
Art verunreinigt sind, beispielsweise auf die Herstellung von Milchzucker aus Molke,
von Zitronen- bzw. Weinsäure aus den natürlich vorkommenden Produkten, auf die Reinigung
von Traubenzucker, von Leim und Gelatine, auf die Herstellung von Stärke.
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Die für den jeweiligen Anwendungsfall charakteristische optimale
Wasserstoffionenkonzentration, wie sie für die jeweilig gewünschte elektroosmotische
Entfernung einzelner oder aller in der Lösung vorhandenen dissoziierten oder kolloidal
gelösten Bestandteile erforderlich ist, kann z. B. experimentell ermittelt werden.
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In welcher Weise die günstigste Wasserstoffionenkonzeutration experimentell
ermittelt werden kann, sei an Hand eines Zahlenb ei spieles erläutert: Gegeben sei
ein Serum von der Wasserstoffionenkonzentration 7,02. Wenn man dieses Serum nach
den üblichen Verfahren mit Hilfe einer elektroosmotischen Apparatur zu reinigen
versucht, so bemerkt man, daß zunächst die Wasserstoffionenkonzentration auf Werte
über 8 ansteigt und im Anschluß daran sehr schnell abfällt bis auf Werte von etwa
4,5. Diese Wasserstoffionenkonzentration von etwa 4,5 bleibt dann ohne wesentliche
Änderungen längere Zeit beibehalten.
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Zur Ermittlung der günstigsten Wasserstoffionenkonzentration für
die Reinigung dieses Serums wird nun, z. B. durch Zusatz von Alkali, das schnelle
Abfallen der Wasserstoffionenkonzentration verhindert, indem so viel Alkali zugesetzt
wird, daß die zwischen 8 und 4,5 liegenden Werte der Reihe nach längere Zeit aufrechterhalten
werden. Bei jedem dieser Werte wird dann das gereinigte Serum auf Reinheitsgrad
und Ausbeute untersucht, z. B. der Reihe nach für die
Werte 8, 7,9,
7,8 usw. In dieser Weise wurde in dem Beispiel gefunden,,'daß der günstigste Wert
der Wasserstoffionenkonzentration für das betrachtete Serum etwa bei 6,4 liegt.
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Nach dieser einmalig durchgeführten Bestimmung hat man im Sinne der
Erfindung nur notwendig, den elektroosmotischen Reinigungsprozeß stets so zu leiten,
daß bei jeder weiteren Reinigung für das betrachtete Serum stets die Wasserstoffionenkonzentration
von etwa 6,4 möglichst genau innegehalten wird.
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Von einem gewissen Einfluß ist jedoch die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials,
da dieselbe bereits eine gewisse Wasserstoffionenkonzentration besitzt. Diese muß
durch einen entsprechenden errechneten oder einmalig experimentell festgestellten
Zusatz geeigneter Reagentien auf den Wert gebracht werden, welcher für die günstigste
Trennfähigkeit des gewünschten Bestandteiles kennzeichnend ist. Die exakte Dosierbarkeit
dieser Zusätze ist von ausschlaggebender Bedeutung für die nunmehr unter den günstigsten
Bedingungen vorzunehmenden elektroosmotischeu Verfahren, wobei bei geringstem Stromverbrauch
in kürzester Zeit die quantitative Ausbeute und möglichst reinste Abscheidung des
angestrebten Bestandteiles gewährleistet ist.
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PATENTANSPRÜC1IE : I. Verfahren zur Trennung von in Lösungen suspendierten
oder gelösten Gemischen beliebiger Art, z. B. von dissoziierten oder nichtdissoziierten
Verbindungen oder von Kolloiden verschiedenen Dispersitätsgrades unter Anwendung
eines elektroosmotischen Diaphraginenapparates, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lösung zunächst so lange einer Vorbehandlung unterworfen wird, bis eine für die
jeweilige Substanzart charakteristische, z. B. experimentell ermittelte, das Optimum
der Trennfähigkeit ergebende Wasserstoffionenkouzentration erreicht ist, z. B. für
die Trennung von Euglobulin und Pseudoglobulin von etwa 6,4, und daß erst darauf
in dem Diaphragmenapparat die elektroosmotische Trennung in an sich bekannter Weise
durch, geführt wird.